闪电特殊波形分析及伴生闪电初步探讨

发布时间：2020-06-04 23:28

【摘要】：双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar Events,NBEs),爆发式窄脉冲序列(Regular Pulse Bursts,RPBs)等均是大气中特殊的闪电放电过程,近年来国内外发展的高精度探测技术,极大地促进了对特殊闪电过程放电过程的认识。本文在前人研究基础上,在更高精度的波形资料基础上,利用更具代表性的参数进行了NBEs自动识别,提高了NBEs自动识别的可靠性。并对NBEs、RPBs的波形特征进行了分析和初步讨论,增强了对特殊波形的特征认识。利用双放电雷暴单体(Electrically Active Cells,EACs)数学物理模型模拟了基本双单体雷暴电场环境,在此基础上探讨了已有电离通道引发后续放电、不同放电雷暴单体之间放电的互相影响,加深了对伴生闪电的了解。主要研究结果如下:首先从NBEs自动识别原理、特征参数统计及对比分析等方面,对NBEs的波形特征进行了详细的分析和介绍。本文设计的NBE识别方案,采用高频幅度比等9个参数作为NBEs的识别判据,共筛选出了67例双极性窄脉冲,有11例NBEs事件因发生位置距测站较远未能有效识别,识别率87.01%,误识别率1.49%。在此基础上,对识别出的NBE进行统计分析发现,NBEs波形上升沿为1.75μs,下降沿为2.80μs,半峰宽度为2.35μs,全峰宽度为4.55μs,持续时间为8.89μs。NBE发生时,前1ms时间内无其他放电过程,说明NBEs的前向孤立性良好。并与前人研究的结果有较好的一致性。通过处理15min内的闪电放电波形发现,83%的闪电放电过程会伴随一种爆发式窄脉冲(Regular Pulse Bursts,RPBs)的特殊波形。此期间内的430个RPBs统计结果表明:在这些RPBs中,典型的脉冲宽度约为1.0μs,相邻脉冲之间的典型间隔值为5.0μs以及典型的持续时间为几百微秒。在RPBs前后总是会存在一段不规则的脉冲簇。大多数RPBs往往发生在闪电放电的中后期。根据脉冲振幅、相邻脉冲间隔和脉冲极性的变化,将其分为正常型RPBs、反向型RPBs、对称型RPBs和反转型RPBs四类。且四种类型的RPBs间的差异是由电荷区所含有的电荷量、距离和放电通道的形状引起的。最后分析了闪电放电过程初始阶段各项参数,并与其他学者研究结果做对比。基于雷暴云内闪电放电的基本理论,建立简单的双EACs数学物理模型,利用双放电雷暴单体数学物理模型模拟了基本双单体雷暴电场环境,在此基础上探讨了已有电离通道引发后续放电、不同放电雷暴单体之间放电的互相影响,以期为伴生闪电的机理研究提供理论支持。
【图文】：

波形图,波形图

NBEs 发生时，，前 1ms 时间内无其他放电过程，说明 NBEs 的前向孤立性良好。对 VHF 辐射波形和闪电快电场波形中的 NBEs 进行了自动识别方法实验验证。这通过与前人研究的结果相比有较好的一致性，说明本文 NBEs 自动识别方案的可靠性较强。2.1 闪电波形对比分析及参数设定2.1.1 闪电波形对比从闪电波形中提取了地闪回击、双极性窄脉冲、双极性大脉冲序列以及爆发式窄脉冲序列 4 类波形进行比较。闪电的回击（returnstroke）是云与大地之间最重要的放电过程，此时会出现强的电磁场突变，发出最强的光和最强的电流[47-48]。见图 2.1，与 NBEs 相比，两者快电场峰值幅度相当，而其对应的VHF辐射峰值则比 NBEs 小一个量级，持续时间也远大于 NBEs。

分布图,逐时,分布图,半峰宽度

图 2.9 NBEs 逐时分布图比统计得到的其中 6 个 NBEs 放电参数与前人统计结果的比较见表沿、下降沿、半峰宽度、全峰宽度与过冲比 5 个参数统计结果与表有较好的一致性。平均持续时间为 9.27μs，与 Le Vine 的 10-20μ0μs 有较大的差异，是因为本文中部分 NBEs 发生的位置与测站水平的探测距离和增益有限，导致采集到的数据具有一定误差，因此对具有一定的影响。表 2.4 放电参数的统计结果对比样本数/个上升沿/μs下降沿/μs半峰宽度/μs全峰宽度/μs持续时间/μs过冲19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 24-1 1-2 2-3 3-4 22-23 23-24时间/h
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P427.3

【参考文献】